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CO2-Quellen in der Stahlindustrie:
Technologien zur CO2-Minderung
Workshop „CO2-Infrastruktur in NRW“
22.08.2019
M. Hensmann, T. Overbeck
Rolle der Stahlindustrie
Weltweiter Anteil der Stahlindustrie an den anthropogenen CO2-Emissionen liegt bei 6%.
NRW mit Duisburg als größtem europäischen Stahlstandort steht vor der
Herausforderung
› einen erheblichen Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele
› mit dem Erhalt einer starken Industrie
› und der Sicherung von Arbeitsplätzen zu verbinden.
Eine erfolgreiche Umsetzung der CO2-Minderung ist ganz wesentlich von
technischen und politischen Rahmenbedingungen abhängig.
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Weltweite direkte CO2-Emissionen
gesamt und industriell, Stand 2014
Quelle: IEA, Energy Technology
Perspectives 2017
Rohstahlerzeugung in Deutschland und NRW
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Deutschland
Rohstahlerzeugung: ca. 42 Mio. t/Jahr
6 integrierte Hütten, 13 Elektrostahlwerke
(>0,2 Mio. t RS/Jahr)
Beschäftigte (Stand 2017): 85 Tsd.
ETS Emissionen: 37,838 Mio. t CO2 äq/Jahr
NRW
Rohstahlerzeugung: ca. 16 Mio. t/Jahr
2 integrierte Hütten, 2 Elektrostahlwerke
(>0,2 Mio. t RS/Jahr)
Beschäftigte (Stand 2017): 45 Tsd.
ETS Emissionen: 18,344 Mio. t CO2 äq/Jahr
Verfahrensrouten der Rohstahlerzeugung in NRW
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Rohstahlerzeugung
über Hochofenroute:
EU-28: 60 % [1]
DE: 70 % [1]
NRW: 94 % [2]
[1] Worldsteel statistical yearbook 2018
[2] eigene Berechnung
Quelle: Stahlinstitut VDEh
Potentiale der Hochofenroute
Bisherige Technologiesprünge und die damit verbundene CO2-Minderung
=> Kohlenstoffverbrauch moderner Hochöfen liegt im Bereich des thermodynamischen Minimums
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Technologische „Pathways“ zur CO2-Minderung
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Low-C Economy
Hydrogen
“Green” Electricity
Process Integration with reduced use of carbon
(PI) (+CCS)
Carbon Capture and Usage (CCU) (+CCS)
Smart Carbon
Usage (SCU)
Carbon Direct
Avoidance (CDA)
Circular Economy Recycling of scrap and by-products, resource efficiency
Pathway Process Integration (PI)
Reduzierte Nutzung von Kohlenstoff und entsprechende CO2-Minderung durch
Modifikation der bestehenden Verfahren zur Stahlproduktion, inkl. alternative
Prozesse, mit oder ohne CCS
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Möglichkeiten PI
› Nutzung von Biomasse
› Rückführung von Kuppelgasen zur
Reduzierung der Koks-/Kohleraten
› Injektion von Reduktionsgasen (CH4, H2, KOG)
in den Hochofen als Ersatz von Einblaskohle
› Alternative Roheisenerzeugung unter Nutzung
von Schrott und Kohle
Biomasse,
PC, CH4,
KOG, H2
CO2- / H2-
Abtrennung
CCUS
NRW-Projekt (Projektpartner: tk SE, Air Liquide und BFI):
H2-Injektion in den Hochofen => erwartete CO2-Minderung bis zu 20%
Pathway Carbon Capture and Usage (CCU)
Nutzung des abgetrennten CO2 bzw. des CO/CO2-Anteils in Hüttengasen als Rohstoff für die
Produktion von Wertstoffen wie Chemikalien oder Treibstoffen
› Sektorenübergreifende Kooperation mit anderen Branchen erforderlich
› CO2-freie Wasserstofferzeugung über Elektrolyse/Pyrolyse
› Weiterentwicklung biotechnologischer und chemisch-katalytischer Verfahren
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Quelle: Stahlinstitut VDEh
Pathway Carbon Direct Avoidance (CDA)
Produktion von Stahl aus Eisenerzen ohne direkte Emission von CO2. Ersatz von fossilen Energieträgern
durch erneuerbare Energie oder grünen Wasserstoff.
CDA Wege:
› Direkte Nutzung von Strom
› Elektrolytische Stahlproduktion
› Nutzung von Wasserstoff
› Wasserelektrolyse zur H2-Produktion
› Pyrolyse von Methan zur H2-Produktion
› Direktreduktion mit H2
› Plasma-Schmelzreduktion mit H2
Aufbau neuer Anlagen erforderlich
Aktivitäten zur Direktreduktion bei: Dillinger Hüttenwerke, ArcelorMittal, Salzgitter Flachstahl, SSAB,
thyssenkrupp Steel Europe, voestalpine
Technische Herausforderung: schrittweise Umstellung des Prozesses auf 100 % Wasserstoffeinsatz
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Quelle: Stahlinstitut VDEh
Einsparpotentiale
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Process Integration Carbon Direct Avoidance
Annahme: CO2-freie Stromerzeugung
Kurzfristige CO2-Minderung durch Nutzung vorhandener Anlagen (PI)
Erreichung der Klimaziele 2050 mit CDA und/oder CCUS
Annahme: CO2-freie
Upstream- und
Downstream-Prozesse
0
500
1000
1500
2000
BF/BOFPC
BF/BOFÖl/CH4
BF/BOFKOG
BF/BOFH2
BF/BOFHBI
DR/EAFCH4
DR/EAFH2
EAF
kg C
O2
/t R
S
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Weitere Informationen
EU-Projekt (LowCarbonFuture)
„Exploitation of projects for Low-Carbon future
steel industry“
EU-weites Konsortium: BFI (Koordinator), CRM, CSM, K1-MET,
SWERIM
Laufzeit: 2018-2020
Ziele:
› Sammlung und Auswertung von Forschungsaktivitäten zur
CO2-Minderung in der Stahlindustrie
› Strategien zum Technologietransfer und Evaluierung von
CO2-Minderungsszenarios
› Identifikation von zukünftigen Technologien/Rahmen-
bedingungen und Erarbeitung einer Forschungsroadmap
Dissemination:
› Organisation von Seminaren, Workshops und Webinaren
› Homepage: www.lowcarbonfuture.eu
Kontakt: Michael Hensmann
VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH
Stahl-Zentrum ∙ Sohnstraße 65 ∙ 40237 Düsseldorf
Telefon +49 211 6707-206 ∙ Fax +49 211 6707-202
E-Mail [email protected] ∙ www.bfi.de
Kontakt: Theresa Overbeck
VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH
Stahl-Zentrum ∙ Sohnstraße 65 ∙ 40237 Düsseldorf
Telefon +49 211 6707-212 ∙ Fax +49 211 6707-202
E-Mail [email protected] ∙ www.bfi.de
